□劉 鎮(zhèn)

虛擬仿真技術(shù)在高職土建類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

□劉 鎮(zhèn)

介紹了虛擬仿真技術(shù)的定義及高職教育的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)了引入虛擬仿真技術(shù)在高職教育中的重要性。結(jié)合我國高職土建類專業(yè)的特點(diǎn)，分析了使用虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)及實(shí)踐中的作用。

虛擬仿真技術(shù)；土建類專業(yè)；高職；

一、虛擬仿真技術(shù)的含義

仿真技術(shù)，也被人稱之為模擬技術(shù)，即用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是在仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，當(dāng)前仿真系統(tǒng)正在向虛擬環(huán)境的系統(tǒng)演變。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真技術(shù)作為對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬，都是基于模型而開展的，都是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界盡可能的再現(xiàn)，因此，由仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)兩者相結(jié)合形成了虛擬仿真技術(shù)。

虛擬仿真技術(shù)是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)和專用物理效應(yīng)設(shè)備，借助相應(yīng)的系統(tǒng)模型，對(duì)實(shí)際的或假想的系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究的一種新技術(shù)，具有可控性、經(jīng)濟(jì)性、快速性等特點(diǎn)，有助于解決抽象與實(shí)體之間相互聯(lián)系的問題。

二、目前虛擬仿真教學(xué)與高職土建類專業(yè)教育的關(guān)系

職業(yè)教育是以就業(yè)為導(dǎo)向的教育，技能教育是職業(yè)教育的核心，同樣職業(yè)教育信息化也要為職業(yè)技能服務(wù)，信息技術(shù)已經(jīng)成為提高教育質(zhì)量的重要手段。教育部《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》（［2006］16號(hào)文件）指出，要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)前，建筑技術(shù)含量要求越來越高，不斷呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)多樣、工藝復(fù)雜、施工難度加大等特點(diǎn)，這就需要教育和培養(yǎng)出更多的建筑技術(shù)人才，不僅能進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，而且具有較強(qiáng)的實(shí)踐技術(shù)指導(dǎo)和管理能力。根據(jù)2010年統(tǒng)計(jì)，開辦土建類高職學(xué)校達(dá)1099所、專業(yè)3423個(gè)、招生人數(shù)307412人。數(shù)據(jù)表明高職土建類教育不僅規(guī)模大、分布廣，而且發(fā)展速度快。高職土建類教育在強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)基于學(xué)科系統(tǒng)性原則的理論教學(xué)體系基礎(chǔ)上，應(yīng)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)基于工作過程化的實(shí)踐教學(xué)體系。而虛擬仿真技術(shù)通過交互式環(huán)境、情景復(fù)現(xiàn)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽象概念的具體化，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行革新的一種方式，能夠很好的滿足“情景教學(xué)”與“項(xiàng)目教學(xué)”需要。目前，虛擬仿真技術(shù)已在多學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)及實(shí)踐中使用，并且虛擬仿真技術(shù)已運(yùn)用于工程建設(shè)。這些都表明了在土建類教學(xué)中采用虛擬仿真技術(shù)是可行的、必要的。

三、虛擬仿真技術(shù)在土建類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）形象直觀，利用情景教學(xué)

心理學(xué)指出：傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，學(xué)生一般只能吸收不到三成的內(nèi)容，并且隨著時(shí)間推移，所掌握的知識(shí)會(huì)逐步遺忘。[3]同時(shí)，研究證實(shí)：閱讀到的信息我們能學(xué)習(xí)到10%；聽到的信息我們能學(xué)習(xí)到18%，但所親身體驗(yàn)過的事我們能學(xué)習(xí)到80%。毫無疑問，學(xué)習(xí)體驗(yàn)是最好的方式。土建類學(xué)科是一門技術(shù)復(fù)雜多樣，設(shè)備材料繁多，實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科，在教學(xué)中需要學(xué)生有親身經(jīng)歷體驗(yàn)。虛擬仿真技術(shù)通過虛擬現(xiàn)場(chǎng)情景，仿真施工工藝和過程等，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。將學(xué)習(xí)目標(biāo)與教學(xué)主題相結(jié)合，通過形象直觀的方式讓學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)。在情景體驗(yàn)教學(xué)中，教師與學(xué)生更加的積極主動(dòng)，使教學(xué)效果得到明顯提高。

（二）提高學(xué)生空間想象能力

土建工程是將二維表現(xiàn)的設(shè)計(jì)圖紙實(shí)現(xiàn)為三維的、立體的、復(fù)雜的建筑物。這就對(duì)學(xué)生的空間立體想象能力提出了較高的要求。但剛接觸該專業(yè)的學(xué)生，總有想象不出或理解困難的感覺，以往授課中需要通過教師繪圖、模型展示等，但效果一般。利用虛擬仿真技術(shù)，能夠模擬出建筑物的建筑構(gòu)造，能夠真實(shí)展示建筑物的各個(gè)結(jié)點(diǎn)，空間布局、立體圖形的生成過程。通過虛擬仿真技術(shù)能夠使學(xué)生置身虛擬建筑空間內(nèi)，從而對(duì)這些建筑空間的認(rèn)識(shí)和理解更形象、更全面、更深刻。

（三）改進(jìn)管理類課程授課方式

在土建類專業(yè)課程體系中，存在很多管理類的課程，這些課程突出特點(diǎn)是很難看到真實(shí)場(chǎng)景，甚至在學(xué)習(xí)中也不可能親身經(jīng)歷，只能閱讀到成果性資料。以工程招投標(biāo)與合同管理為例，標(biāo)書制作、合同簽訂，開標(biāo)過程等，教學(xué)中很難體驗(yàn)這類過程的工作流程和內(nèi)涵。虛擬仿真技術(shù)則能夠虛擬相關(guān)情景，讓學(xué)生在課堂中，分角色扮演，經(jīng)歷開標(biāo)、評(píng)標(biāo)、談判這些工作，使學(xué)生得到充分體驗(yàn)，真實(shí)的領(lǐng)悟，從而有效的促進(jìn)管理類知識(shí)轉(zhuǎn)化，完成項(xiàng)目教學(xué)。

（四）促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)

土建類專業(yè)的實(shí)踐課程是非常重要的，對(duì)學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)，以及理論與實(shí)踐相結(jié)合有著很強(qiáng)的促進(jìn)作用。土建類專業(yè)需要的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及設(shè)備種類數(shù)量繁多，各院校受資金、場(chǎng)地、安全教學(xué)管理等多方面的制約，很難具有全面的實(shí)踐條件，而虛擬仿真技術(shù)利用自身優(yōu)勢(shì)，能夠很好的促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)。

第一，保證實(shí)訓(xùn)科目的質(zhì)量，節(jié)約成本。為確保實(shí)踐項(xiàng)目教學(xué)的效果，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式需要巨大的資金投入及購置教學(xué)所用的設(shè)備，并且在教學(xué)過程中會(huì)消耗大量的材料，容易淘汰教學(xué)儀器和設(shè)備，因此很難滿足教學(xué)所需。從教學(xué)資源全過程管理來看，虛擬仿真技術(shù)實(shí)踐減少投入包括占地、建筑投入、設(shè)備投入、材料投入、指導(dǎo)教師投入，經(jīng)過考察統(tǒng)計(jì)可以降低30%～80%。同時(shí)也降低實(shí)訓(xùn)污染（如粉塵實(shí)訓(xùn)、噪聲污染等），而學(xué)生因?yàn)榈玫蕉啻螌?shí)踐機(jī)會(huì)，效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)教學(xué)。

第二，容錯(cuò)功能強(qiáng)，可開展探究性實(shí)驗(yàn)。土建類專業(yè)實(shí)踐存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，尤其是學(xué)生到施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)，而企業(yè)也為回避對(duì)安全事故的各種約束處罰而不愿意接收學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)。為了防止意外事故的發(fā)生，通常是采取增加實(shí)訓(xùn)操作過程的相關(guān)約束條件來確保師生的安全。但限制的越多，與實(shí)踐就越脫節(jié)，教學(xué)質(zhì)量難以得到保障。虛擬仿真技術(shù)可引導(dǎo)學(xué)生積極在仿真實(shí)踐中進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，不必?fù)?dān)心出現(xiàn)任何以外的風(fēng)險(xiǎn)，保證實(shí)訓(xùn)安全性（設(shè)備安全、人身安全）。通過運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，教師在教學(xué)中可以設(shè)置各種不同的故障等狀態(tài)，“虛擬”不同的事故，學(xué)生通過反復(fù)試驗(yàn)，運(yùn)用各種方式方法，分析問題、解決問題，在這方面實(shí)際實(shí)訓(xùn)是無法做到的。

第三，科學(xué)定量考核，與職業(yè)資格接軌。在土建類的實(shí)踐項(xiàng)目的考核常常僅是一份報(bào)告（施工組織設(shè)計(jì)、合同、招投標(biāo)文件等）或是實(shí)踐指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生在實(shí)踐中的表現(xiàn)，依靠主觀給學(xué)生評(píng)定成績(jī)。而在虛擬仿真實(shí)踐的軟件中，可根據(jù)不同需求，設(shè)計(jì)不同性質(zhì)的考試、考核方式。而虛擬仿真實(shí)踐軟件通過采取隨機(jī)出題、海量題庫、在線考試等方式，保證考試考核的公平、真實(shí)。從而實(shí)現(xiàn)了考教分離、分量一致，實(shí)現(xiàn)了以考試、考核額成績(jī)來衡量教學(xué)質(zhì)量、評(píng)價(jià)教學(xué)效果、評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)能力的可能性。

四、如何制作虛擬仿真教學(xué)軟件

仿真教學(xué)軟件的研制的總體過程基本上可劃分為兩大階段，即教學(xué)設(shè)計(jì)階段和軟件制作階段，如圖1所示。

圖1 仿真教學(xué)軟件的研制流程

虛擬仿真教學(xué)軟件制作是一項(xiàng)復(fù)雜的項(xiàng)目管理工程。編制適應(yīng)高職教育的虛擬仿真軟件要把握以下幾點(diǎn):

（一）樹立職業(yè)教育理念

教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)以教育科學(xué)的觀點(diǎn)和方法為指導(dǎo)，按照職業(yè)教育額教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)等，結(jié)合國家相關(guān)職業(yè)（工種）標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化教學(xué)軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與模塊設(shè)計(jì)，并選擇適當(dāng)?shù)拿襟w信息，使其在系統(tǒng)中得到有機(jī)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)課程與實(shí)訓(xùn)的教學(xué)目標(biāo)。

（二）創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)進(jìn)行腳本編寫

腳本作為仿真教學(xué)軟件的第一關(guān)，事關(guān)教學(xué)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的正確性與科學(xué)性，貫穿于腳本編寫之中的教學(xué)設(shè)計(jì)，決定了教學(xué)軟件的生命。

土建類虛擬仿真軟件腳本通常由具有豐富教學(xué)與實(shí)訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)并了解現(xiàn)代教育技術(shù)的人來編寫。因此，需要組成專業(yè)教師、現(xiàn)場(chǎng)工程師、教育技術(shù)專家組成的創(chuàng)作隊(duì)伍。腳本創(chuàng)作中的整體結(jié)構(gòu)要依據(jù)研制大綱的要求進(jìn)行，除了在保證科學(xué)性的前提下，重視教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、任務(wù)、技能點(diǎn)、操作步驟的設(shè)計(jì)，重視文字符號(hào)圖形的標(biāo)準(zhǔn)化外，還要格外重視屏幕設(shè)計(jì)，重視交互性設(shè)計(jì)，重視操作工藝、安全規(guī)范等方面的設(shè)計(jì)。

（三）素材制作要保證質(zhì)量

素材不僅是構(gòu)成教學(xué)軟件的基本單元，也是教學(xué)軟件完成系統(tǒng)合成的重要前提與基礎(chǔ)。素材的制作（包括三維建模）是制作環(huán)節(jié)中耗費(fèi)時(shí)間最多的環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，素材制作將占用70%～80%的制作工作量，因此，素材制作是數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)的重心，是制作的重要環(huán)節(jié)，是制約開發(fā)周期的主要環(huán)節(jié)之一。土建類虛擬仿真軟件中的素材要實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景嚴(yán)格匹配，這樣就能保證軟件的質(zhì)量，防止給后期合成帶來隱患。

五、虛擬仿真教學(xué)與實(shí)操教學(xué)之間的關(guān)系

（一）互補(bǔ)關(guān)系：實(shí)操教學(xué)不能實(shí)現(xiàn)的，利用仿真教學(xué)可以實(shí)現(xiàn)。

（二）融入關(guān)系：—份完整的現(xiàn)代化的教學(xué)方案，必定是仿真教學(xué)與實(shí)操教學(xué)的完美融入的方案。

（三）順序關(guān)系：一般情況下，仿真教學(xué)在前，實(shí)操教學(xué)在后。

（四）不可替代關(guān)系：仿真教學(xué)與實(shí)操教學(xué)，二者不可替代。

（五）隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，仿真教學(xué)對(duì)實(shí)操教學(xué)的互補(bǔ)作用會(huì)越來越強(qiáng)，同時(shí)，實(shí)操教學(xué)對(duì)虛擬仿真教學(xué)的依賴程度會(huì)越來越高。對(duì)于實(shí)操教學(xué)的設(shè)備，有與虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化的趨勢(shì)。

六、結(jié)束語

從微觀層面看，高等職業(yè)教育是以技術(shù)人員的職業(yè)勞動(dòng)為導(dǎo)向的，是產(chǎn)生于技術(shù)人員的能力、知識(shí)和素質(zhì)，是一種專業(yè)勞動(dòng)。因此，作為高職土建類專業(yè)的教學(xué)，應(yīng)以生產(chǎn)目標(biāo)為導(dǎo)向，有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)式教學(xué)。應(yīng)該通過虛擬仿真技術(shù)和赴實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行教學(xué)，在課本之外給學(xué)生更生動(dòng)易懂的知識(shí)，并通過虛擬的或者真實(shí)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)具備較高的知識(shí)、能力和素質(zhì)等綜合性的高端土建專業(yè)技能型人才。

[1]呂愛民，項(xiàng)秉人.生態(tài)建筑的數(shù)字化構(gòu)建[J].新建筑，2005（6）：7-9.

[2]趙能.虛擬仿真技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2009.

[3]刑偉.體驗(yàn)式教學(xué)法再高職管理專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)論從，2005（6）:29-32.

劉鎮(zhèn)（1978-），男，大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，注冊(cè)一級(jí)建造師、造價(jià)師，研究方向?yàn)楣こ坦芾?、工程造價(jià)。

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1001－7518（2012）17－0034－02

責(zé)任編輯 時(shí)紅兵